Особенности охлаждения силовых ключей PROFET

19 июля

системы безопасностиавтомобильная электроникауправление питаниемуправление двигателемInfineonстатьяинтегральные микросхемыMOSFETPolyfuseПромавтоматикаMotor Drive

На базе интеллектуальных силовых ключей верхнего плеча PROFET+2 производства Infineon можно создавать мощные приложения, способные коммутировать значительные токи. Однако миниатюрность их корпусов может стать причиной чрезмерного нагрева. Статья рассказывает о методах проектирования печатных плат для ключей PROFET+2, позволяющих минимизировать этот недостаток.

Твердотельные интеллектуальные силовые ключи PROFET (PROtected mosFET), разработанные компанией Infineon, предназначены для использования в низковольтных системах электропитания постоянного напряжения. Их ключевыми преимуществами являются компактность, высокая надежность, а также практически нулевые затраты энергии на управление, благодаря которым они имеют все шансы в самом ближайшем будущем заменить плавкие предохранители и электромеханические реле, традиционно используемые для этой задачи.

Однако при проектировании и эксплуатации узлов распределения энергии на основе ключей PROFET может возникнуть ряд проблем, одной из которых является перегрев кристаллов этих микросхем в процессе работы. Несмотря на то, что сопротивление канала силового MOSFET – основного элемента ключей PROFET – соизмеримо с сопротивлением контактов типового электромеханического реле, малые размеры корпусов микросхем могут стать причиной их чрезмерного нагрева и, как следствие, отказов в работе систем электроснабжения. Таким образом, надежная и эффективная работа ключей PROFET зависит не только от правильности выбора микросхем по электрическим характеристикам, но и от особенностей проектирования печатной платы, на которой они будут установлены.

В этой статье проведен сравнительный анализ теплового сопротивления печатных плат с различной конфигурацией охлаждающих проводников. С помощью этого материала разработчик сможет быстро выбрать решение, наилучшим образом подходящее для конкретного технического задания. Несмотря на то, что исследования проводились для ключей серии PROFET+2, выпускаемых в корпусах PG-TSDSO-14, их результаты будут справедливы и для других случаев, ведь тепловые процессы, происходящие на печатных платах, являются общими для многих типов полупроводниковых приборов.

Особенности силовых ключей PROFET+2

Микросхемы PROFET+2 являются интеллектуальными силовыми ключами верхнего плеча. На сегодняшний день в этой линейке присутствуют приборы, содержащие от одного до четырех каналов с максимальной величиной коммутируемого тока до 20 А.

Основным элементом силового канала ключа PROFET является мощный N-канальный полевой транзистор с изолированным затвором (MOSFET), включенный по схеме с общим стоком (рисунок 1). Управление затвором MOSFET осуществляется с помощью интегрированного драйвера, питаемого собственным преобразователем на основе зарядового насоса. Кроме этого, внутри микросхемы содержится дополнительный стабилизатор напряжения, обеспечивающий энергией внутренние узлы микросхемы.

Управление силовым транзистором осуществляется интегрированным контроллером, обеспечивающим не только слежение за внешним управляющим сигналом, подаваемым на вывод IN, но и защиту силового MOSFET от повреждения в случае возникновения аварийных режимов работы. В число базовых защит ключей PROFET входят защита от перегрузки по току, перегрева, а также высокого значения и неправильной полярности напряжения питания, подаваемого между выводами VS и GND. Кроме этого, силовой MOSFET защищен от пробоя отдельным ограничителем напряжения, подключенным между его стоком и истоком.

Рис. 1. Структурная схема силового канала ключа PROFET+2

Рис. 1. Структурная схема силового канала ключа PROFET+2

Ток нагрузки, подключаемой к выводу OUT, контролируется интегрированным датчиком тока, соединенным с отдельным истоком MOSFET. Особенностью ключей PROFET является наличие специализированного узла, формирующего ток вывода IS, пропорциональный выходному току. При подключении между выводами IS и GND внешнего резистора напряжение на выводе IS становится пропорциональным току вывода OUT, что позволяет внешнему процессору, например, бортовому компьютеру автомобиля, получить исчерпывающую информацию об уровне энергопотребления коммутируемой нагрузки и, соответственно, определить ее уровень работоспособности. Следует отметить, что вывод IS может быть переведен в высокоимпедансное состояние путем подачи соответствующего сигнала на вывод DEN. Это позволяет подключать к одному и тому каналу АЦП бортового компьютера несколько силовых ключей PROFET путем простого объединения выводов IS разных микросхем.

При возникновении аварийных режимов работы, например, при перегреве, поведение ключей PROFET определяется внутренним контроллером микросхемы. В большинстве случаев силовой транзистор переходит в непроводящее состояние (выключается), и напряжение на выводе OUT становится равным нулю. Хотя бывают и аварийные режимы, в которых силовой MOSFET, наоборот, может включиться. Одним из таких случаев является подача на микросхему неправильного напряжения питания, например, при ошибочном подключении клемм аккумулятора. Если ключ PROFET способен работать при обратном напряжении питания, о чем свидетельствует обозначение ReverSave™ в его маркировке, то при переполюсировке он включится, тем самым уменьшив количество тепла, выделяемого на паразитном диоде MOSFET.

Поскольку ключи PROFET предназначены для замены плавких предохранителей, то особую важность приобретает алгоритм их поведения в случае перегрузки по току. Все ключи PROFET в этом случае переходят в состояние блокировки (защелкиваются), прекращая подачу питания на подключенное оборудование. Но в отличие от одноразовых плавких предохранителей, ключи PROFET при этом сохраняют полную работоспособность и способны восстановить электроснабжение нагрузки после изменения уровня сигнала, подаваемого на вход IN – для этого необходимо ключ выключить, а затем снова включить. Отличительной особенностью ключей PROFET+2 является возможность автоматического восстановления электроснабжения нагрузки в этом режиме. При использовании этой функции и обнаружении перегрузки по току ключ PROFET+2 может до семи раз автоматически подать напряжение на вывод OUT и окончательно блокироваться, только если подобные действия так и не привели к восстановлению работоспособности нагрузки.

Еще одной особенностью линейки PROFET+2, определившей их участие в экспериментах, описанных в этой статье, является их компактность. Микросхемы PROFET+2 выпускаются в 14-выводных корпусах PG-TSDSO-14 с размерами всего 4,9х3,9х1,05 мм (рисунок 2). А при таких габаритах отвод тепла от кристаллов микросхем превращается в достаточно сложную техническую задачу, даже несмотря на наличие на нижней стороне корпуса специальной теплоотводящей площадки.

Рис. 2. Внешний вид и геометрические размеры корпуса PG-TSDSO-14

Рис. 2. Внешний вид и геометрические размеры корпуса PG-TSDSO-14

Общие принципы тепловых расчетов

Любой полупроводниковый прибор сохраняет свою работоспособность при условии, что температура его кристалла TJ меньше максимально допустимого значения TJ_max. Увеличение температуры выше этого порога приведет к физическому разрушению внутренней структуры прибора, в результате чего он выйдет из строя. В процессе работы любого радиоэлемента неизбежно выделяется тепло с определенной мощностью P, зависящей от параметров внутренних электрических процессов. Одновременно с выделением тепла происходит и его отдача в окружающее пространство со скоростью, пропорциональной разнице температур кристалла TJ и окружающей среды TA. Коэффициент пропорциональности, связывающий мощность теплового потока P и разницу температур кристалла и окружающей среды (TJ – TA), получил название теплового сопротивления RjhJA, имеющего размерность ⁰С/Вт или К/Вт:

$$R_{jhJA}=\frac{T_{J}-T_{A}}{P}.\qquad{\mathrm{(}}{1}{\mathrm{)}}$$

Таким образом, для того, чтобы определить конечную температуру кристалла TJ при заданной температуре окружающей среды TA, необходимо знать мощность, рассеиваемую на кристалле и тепловое сопротивление «кристалл-окружающая среда» (junction-to-ambient) RjhJA:

$$T_{J}=P\cdot R_{jhJA}+T_{A}.\qquad{\mathrm{(}}{2}{\mathrm{)}}$$

Для ключей PROFET мощность тепла, выделяемого на кристалле микросхемы, состоит из двух частей: мощности тепла, выделяемого схемой управления, и мощности тепла, выделяемого на кристаллах силовых транзисторов. Мощность, потребляемую схемой управления, можно определить из технической документации на микросхему как произведение максимально допустимого напряжения питания VS_max на максимальное значение потребляемого тока, в данном случае – тока, протекающего через вывод GND IGND_max, поскольку через вывод питания VS протекает сумма токов, потребляемых нагрузкой и схемой управления. Мощность тепла, выделяющегося на кристаллах силовых MOSFET, пропорциональна квадрату номинального значения тока, потребляемого нагрузкой, IL(NOM) и сопротивлению открытого канала MOSFET RDS(ON), которое также можно определить из технической документации на микросхему.

Таким образом, в общем случае – для многоканальных ключей PROFET – мощность тепла, выделяемого на кристалле микросхемы, можно рассчитать по формуле (3):

$$P=V_{S\_max}\cdot I_{GND\_max}+\sum_{i=1}^{N}{I_{L(NOM)i}^2\cdot R_{DS(ON)i}},\qquad{\mathrm{(}}{3}{\mathrm{)}}$$

где N – количество силовых каналов микросхемы PROFET.

Для одноканального ключа PROFET формула (3) примет вид:

$$P=V_{S\_max}\cdot I_{GND\_max}+I_{L(NOM)}^2\cdot R_{DS(ON)}.\qquad{\mathrm{(}}{4}{\mathrm{)}}$$

Тепло, выделяемое на кристалле микросхемы, может уходить в окружающее пространство разными путями, при этом формула для точного определения теплового сопротивления «кристалл-окружающая среда» RjhJA либо не существует, либо слишком сложна для практического применения. Для ключей PROFET можно выделить две основных компоненты теплового сопротивления RjhJA: тепловое сопротивление «кристалл-корпус» (junction-to-case) RjhJC, указываемое в технической документации, и тепловое сопротивление «корпус-окружающая среда» (case-to-ambient) RjhСA, причем последнее должно учитывать рассеивание тепла верхней и нижней поверхностями микросхемы, выводами и т.п.

Однако разработчиков, в конечном итоге, интересует лишь общее сопротивление «кристалл-окружающая среда» RjhJA, поскольку, зная это значение, на основе формул (1)…(4) можно определить максимальный ток, который может коммутировать ключ. Например, для одноканального преобразователя он должен удовлетворять условию (5):

$$I_{L(NOM)}< \sqrt{\frac{T_{J\_max}-T_{A\_ECU\_max}-V_{S\_max}\cdot I_{GND\_max}\cdot R_{jhJA\_1s0p}}{R_{DS(ON)}\cdot R_{jhJA\_1s0p}}}.\qquad{\mathrm{(}}{5}{\mathrm{)}}$$

Поэтому именно тепловое сопротивление «кристалл-окружающая среда» RjhJA без учета его составляющих и было выбрано в качестве итогового параметра в исследованиях, проведенных компанией Infineon.

Исследования теплового сопротивления типовых печатных плат

Особенностью корпусов PG-TSDSO-14 является наличие специальной теплоотводящей площадки площадью приблизительно 11 мм2, расположенной на нижней стороне. Поскольку микросхемы PROFET+2 не предназначены для установки на радиатор, то основной тепловой поток должен рассеиваться только через проводники, имеющие тепловой контакт с этой площадкой. При этом большинство приложений, использующих силовые ключи PROFET, работают при естественном охлаждении печатной платы, размещаемой внутри корпуса.

Чтобы результаты моделирования можно было сопоставить с аналогичными исследованиями других продуктов, они были проведены в соответствии с методиками стандартов JEDEC JESD51-2, -5, -7 на тестовых печатных платах с размерами 76,2х114,3 мм, изготовленными из фольгированного стеклотекстолита FR4 толщиной 1,5 мм. В исследованиях были использованы платы типов 1s0p (1 сигнальный слой и 0 слоев питания) и 2s2p (2 сигнальных слоя и 2 слоя питания), а сами исследования проводились при мощности, выделяемой на кристалле микросхемы, равной 1 Вт.

На платах 1s0p все активные участки, связанные с микросхемой PROFET, располагаются на одной (верхней) стороне листа стеклотекстолита (рисунок 3), хотя нижняя сторона платы, в общем случае, может быть металлизирована и содержать проводники. Однако если дорожки на нижнем слое не имеют никаких специальных тепловых связей с микросхемой, то в данном исследовании такую плату можно считать односторонней.

Рис. 3. Поперечное сечение платы 1s0p

Рис. 3. Поперечное сечение платы 1s0p

В простейшем случае печатная плата может не иметь никаких специальных элементов для отвода тепла, а микросхема PROFET устанавливается на посадочное место, изготовленное по размерам, приведенным в технической документации (рисунок 4). При таком подходе теплоотводящая площадка микросхемы в лучшем случае припаивается к небольшому полигону, площадь которого соизмерима с ее площадью. Плату при этом можно также считать односторонней (1s0p), независимо от реального количества слоев.

Рис. 4. Конфигурация печатных проводников платы 1s0p без теплоотвода и верхнего слоя платы 2s2p с тепловыми переходами в отверстиях

Рис. 4. Конфигурация печатных проводников платы 1s0p без теплоотвода и верхнего слоя платы 2s2p с тепловыми переходами в отверстиях

Для отвода тепла от корпуса микросхемы на односторонних платах 1s0p, непосредственно под теплоотводящей площадкой, формируется специальный полигон, (рисунок 5), от площади которого зависит тепловое сопротивление платы.

Рис. 5. Конфигурация печатных проводников плат 1s0p с теплоотводящим полигоном площадью 600 мм2 (выделен синим цветом)

Рис. 5. Конфигурация печатных проводников плат 1s0p с теплоотводящим полигоном площадью 600 мм2 (выделен синим цветом)

Четырехслойные платы 2s2p имеют два внешних слоя, на которых располагаются сигнальные проводники, и два внутренних, предназначенных для распределения питания (рисунок 6). В этом случае теплоотводящий полигон можно перенести на нижний слой, обеспечив передачу тепла между слоями с помощью металлизированных переходных отверстий – тепловых переходов (Thermal Via). Часть тепла может также отводиться и внутренними слоями печатной платы. И хотя внутренние слои не так эффективно рассеивают тепло как внешние, благодаря большой площади металлизации они могут поглотить некоторое количество тепла и выполнить функцию теплового амортизатора. В исследованиях были использованы платы, у которых тепловые переходы электрически соединялись с ближайшим к верхнему слою слоем питания.

Рис. 6. Поперечное сечение платы 2s2p

Рис. 6. Поперечное сечение платы 2s2p

Конфигурация печатных проводников верхнего слоя платы 2s2p показана на рисунке 4. Такой же рисунок дорожек был использован в платах 1s0p без теплоотводящих полигонов. Для передачи тепла на остальные слои на плате 2s2p были сформированы шесть тепловых переходов, расположенных непосредственно под теплоотводящей площадкой микросхемы.

Результаты моделирования теплового сопротивления ключей BTS7004-1EPP, проведенные в соответствии с JEDEC JESD51-2,-5,-7, показаны на рисунке 7. Аналогичные результаты исследований для других микросхем линейки PROFET+2 можно найти в технической документации на эти продукты. Как видно из графиков, многослойные платы более эффективно отводят тепло. В установившемся режиме – через бесконечно большое время после включения микросхемы – тепловое сопротивление платы 2s2p как минимум на 10 Вт/К меньше, чем у наилучшей версии платы 1s0p – с площадью теплоотводящего полигона, равной 600 мм2.

Рис. 7. Результаты моделирования теплового сопротивления «кристалл-окружающая среда» для микросхем BTS7004-1EPP, установленных на разных печатных платах

Рис. 7. Результаты моделирования теплового сопротивления «кристалл-окружающая среда» для микросхем BTS7004-1EPP, установленных на разных печатных платах

В самом начале разогрева, приблизительно до 4 мс, основная часть тепла поглощается кристаллом и корпусом микросхемы, поэтому на данном интервале времени тепловое сопротивление «кристалл-окружающая среда» RjhJA мало зависит от конфигурации печатной платы и приблизительно равно тепловому сопротивлению «кристалл-корпус» RjhJC. И лишь после этого момента, обозначенного на графиках точкой «Р» (рисунок 8), проводники печатной платы начинают участвовать в рассеивании тепла, что приводит к расхождению графиков.

Рис. 8. Результаты моделирования теплового сопротивления кристалл-окружающая среда для микросхем BTS7004-1EPP в более мелком масштабе

Рис. 8. Результаты моделирования теплового сопротивления кристалл-окружающая среда для микросхем BTS7004-1EPP в более мелком масштабе

Необходимую площадь теплоотводящего полигона для плат 1s0p можно определить по зависимостям, приведенным на рисунке 9. Как видно из графиков, использование полигонов площадью более 400 мм2 не имеет смысла, поскольку начиная с этого значения, тепловое сопротивление «кристалл-окружающая среда» практически не зависит от площади теплоотводящего участка. Ну а самое высокое тепловое сопротивление ожидаемо оказалось у печатной платы без теплоотвода. Таким образом, монтаж микросхем PROFET+2 на односторонних печатных платах изначально ограничен по уровню рассеиваемой мощности и плохо подходит для мощных приложений.

Рис. 9 Зависимость теплового сопротивления «кристалл-окружающая среда» от площади теплоотводящего проводника для микросхем BTS7004-1EPP

Рис. 9 Зависимость теплового сопротивления «кристалл-окружающая среда» от площади теплоотводящего проводника для микросхем BTS7004-1EPP

Оптимизация количества и расположения тепловых переходов 

Рекомендуемое расположение тепловых переходов при монтаже корпуса PG-TSDSO-14 на многослойные печатные платы 2s2p в соответствии со стандартом JEDEC 51-5 показано на рисунке 10, на котором металлизированные участки изображены синим цветом.

Рис. 10 Рекомендуемая конфигурация печатных проводников для корпусов PG-TSDSO-14, устанавливаемых на печатные платы 2s2p в соответствии с JEDEC 51-5

Рис. 10 Рекомендуемая конфигурация печатных проводников для корпусов PG-TSDSO-14, устанавливаемых на печатные платы 2s2p в соответствии с JEDEC 51-5

Анализ взаимного расположения тепловых переходов и теплоотводящей площадки корпуса PG-TSDSO-14 показывает, что металлизированные участки не полностью покрывают теплоотводящую площадку (рисунок 11). Это позволяет предположить, что их расположение и количество применительно к микросхемам PROFET+2 может быть неоптимальным. Кроме того, у некоторых производителей возникают проблемы с пайкой элементов, монтируемых непосредственно на переходные отверстия, поэтому первым вариантом оптимизации стало вынесение тепловых переходов за пределы области пайки.

Рис. 11. Корпус PG-TSDSO-14, установленный на печатную плату 2s2p, изготовленную в соответствии со стандартом JEDEC 51-5

Рис. 11. Корпус PG-TSDSO-14, установленный на печатную плату 2s2p, изготовленную в соответствии со стандартом JEDEC 51-5

В этом случае тепловые переходы были сформированы вокруг теплоотводящей площадки максимально близко друг к другу, но так, чтобы область пайки находилась за пределами металлизированных отверстий, и при этом обеспечивалось необходимое электрическое сопротивление между цепями микросхемы (рисунок 12). Всего вокруг теплоотводящей площадки корпуса PG-TSDSO-14 удалось разместить 20 переходных отверстий, показанных в виде зеленых квадратов.

Рис. 12. Место монтажа корпуса PG-TSDSO-14 с кольцевым расположением тепловых переходов

Рис. 12. Место монтажа корпуса PG-TSDSO-14 с кольцевым расположением тепловых переходов

Ключевым преимуществом такого решения должно быть уменьшение теплового сопротивления за счет того, что теплоотводящая площадка микросхемы полностью припаивается к плате, чем обеспечивает хороший тепловой контакт. При этом тепло, выделяемое ею, распространяется во все стороны, достигая переходных отверстий, а уже после этого распределяется между слоями печатной платы.

При проведении исследований было также учтено, что печатные платы с количеством слоев металлизации больше двух, такие как 2s2p, значительно дороже изделий из одно- или двухстороннего стеклотекстолита. Поэтому моделирование было проведено для тестовых плат размером 73х66 мм с двумя слоями металлизации толщиной 70 мкм (рисунок 13).

Рис. 13. Общий чертеж двухсторонней тестовой платы

Рис. 13. Общий чертеж двухсторонней тестовой платы

Для этих тестовых плат охлаждающим полигоном можно считать всю площадь медного покрытия, электрически соединенного с выводом VS (контакт X_VS на плате). На нижней стороне платы площадь участка, соединенного с разъемом X_VS, приблизительно равна 2890 мм2. На верхней стороне из-за наличия дорожки, связывающей вывод OUT с разъемом X_OUT, эта площадь на 231 мм2 меньше. Таким образом, общая площадь охлаждающего полигона этих плат равна 2∙2890 – 231 ≈ 5550 мм2.

Вторым путем уменьшения теплового сопротивления стало простое увеличение количества тепловых переходов при сохранении их общего расположения в соответствии с рекомендациями стандарта JEDEC. В этом случае было добавлено по 4 тепловых перехода с каждой стороны микросхемы, в результате чего их общее число достигло 14 (рисунок 14). При этом контакты 10 тепловых переходов, расположенные непосредственно под микросхемой, припаиваются к теплоотводящей площадке корпуса, а оставшиеся четыре изолированы защитной маской платы.

Уменьшение теплового сопротивления в этом случае должно обеспечиваться за счет увеличения теплового потока, переходящего на противоположную сторону платы через дополнительные тепловые переходы, расположенные в непосредственной близости от микросхемы. Остальные характеристики тестовой платы аналогичны плате, показанной на рисунке 13.

Рис. 14. Место монтажа корпуса PG-TSDSO-14, соответствующее рекомендациям JEDEC, с увеличенных количеством тепловых переходов

Рис. 14. Место монтажа корпуса PG-TSDSO-14, соответствующее рекомендациям JEDEC, с увеличенных количеством тепловых переходов

Последним направлением оптимизации расположения переходных отверстий стало размещение максимально возможного количества тепловых переходов непосредственно под корпусом микросхемы – в области с наибольшим тепловым потоком. В конечном итоге под теплоотводящей площадкой удалось разместить 20 тепловых переходов, занявших практически всю площадь печатной платы под корпусом микросхемы (рисунок 15).

Рис. 15. Место монтажа корпуса PG-TSDSO-14 с увеличенным количеством тепловых переходов непосредственно под корпусом микросхемы

Рис. 15. Место монтажа корпуса PG-TSDSO-14 с увеличенным количеством тепловых переходов непосредственно под корпусом микросхемы

Результаты моделирования теплового сопротивления (рисунок 16) оказались несколько неожиданными. По сравнению с базовой версией – платой 2s2p с шестью тепловыми переходами, и тепловым сопротивлением приблизительно равным 25 К/Вт – тепловые сопротивления платы с кольцевым расположением отверстий и платы с 14-ю тепловыми переходами оказались больше. И только плата, у которой площадь под теплоотводящей площадкой максимально заполнена переходными отверстиями, продемонстрировала минимальное тепловое сопротивление, равное 22 К/Вт. Такой результат объясняется большей общей площадью охлаждающих полигонов платы 2s2p, приблизительно равных 5476 мм2 в каждом активном слое, в то время как в двухсторонних платах, имеющих меньший размер, аналогичное значение равно всего лишь 2890 мм2. В любом случае, главный вывод из данного исследования заключается в том, что тепловые переходы максимально эффективно работают непосредственно под теплоотводящей площадкой корпуса – в области с максимальным тепловым потоком, и чем дальше от этой площадки они находятся, тем меньше тепла они передают на другую сторону платы.

Рис. 16. Результаты моделирования теплового сопротивления «кристалл-окружающая среда» для микросхем BTS7004-1EPP, установленных на печатных платах с разным расположением тепловых переходов

Рис. 16. Результаты моделирования теплового сопротивления «кристалл-окружающая среда» для микросхем BTS7004-1EPP, установленных на печатных платах с разным расположением тепловых переходов

Еще одним немаловажным вопросом для разработчиков является влияние толщины металлизации стеклотекстолита на величину теплового сопротивления. В базовой версии печатной платы 2s2p толщина металлизации внешних слоев была равна 70 мкм, а внутренних – 35 мкм. На двухсторонней плате с максимальным количеством тепловых переходов под теплоотводящей площадкой толщина металлизации в первоначальной версии была равна 70 мкм. Результаты моделирования теплового сопротивления печатных плат 2s2p, у которых толщина металлизации всех слоев, в том числе и внутренних, равна 70 мкм (рисунок 17), показывают, что более толстый слой меди способен отвести большее количество тепла, то есть использование стеклотекстолита с увеличенной толщиной медной фольги позволяет уменьшить тепловое сопротивление.

Рис. 17. Результаты моделирования теплового сопротивления «кристалл-окружающая среда» для микросхем BTS7004-1EPP, установленных на печатных платах с разной толщиной металлизации

Рис. 17. Результаты моделирования теплового сопротивления «кристалл-окружающая среда» для микросхем BTS7004-1EPP, установленных на печатных платах с разной толщиной металлизации

Аналогично, при уменьшении толщины металлизации до 35 мкм тепловое сопротивление двухсторонних плат с 20 тепловыми переходами увеличилось приблизительно на 32% – с 25 К/Вт до 33 К/Вт. Таким образом, использование стеклотекстолита с более толстым слоем медного покрытия позволяет не только уменьшить площадь, занимаемую проводниками, по которым протекают значительные токи, но и облегчить тепловые режимы ключей PROFET.

Заключение

Несмотря на то, что микросхемы PROFET+2 выпускаются в компактных корпусах PG-TSDSO-14, на их основе вполне можно создавать достаточно мощные приложения, способные коммутировать значительные токи. Однако, как показывают исследования, неправильно спроектированная плата – с высоким тепловым сопротивлением – может свести к нулю все преимущества этих полупроводниковых приборов. Поэтому очень важно, чтобы разработчики четко понимали, каким образом те или иные решения, заложенные в конструкцию печатной платы, будут влиять на итоговую температуру кристалла микросхемы, и делали правильный выбор не только количества слоев, но и расположения переходных отверстий, предназначенных для распределения тепла между ними.

Оригинал статьи

Перевел Александр Русу по заказу АО Компэл

 

•••

Наши информационные каналы

О компании Infineon

Компания Infineon является мировым лидером по производству силовых полупроводниковых компонентов, а также занимает ведущие позиции по производству автомобильной полупроводниковой электроники и смарт-карт.  В 2015 году компания Infineon приобрела компанию International Rectifier, тем самым значительно усилив свои лидирующие позиции в области силовой электроники. Это сочетание открывает новые возможности для клиентов, так как обе компании превосходно дополняют друг друга благодаря высокому уровню ...читать далее

Товары
Наименование
BTS70082EPAXUMA1 (INFIN)
BTS70041EPPXUMA1 (INFIN)
BTS70021EPPXUMA1 (INFIN)
BTS70061EPPXUMA1 (INFIN)
BTS70802EPAXUMA1 (INFIN)
BTS70081EPAXUMA1 (INFIN)
BTS70081EPPXUMA1 (INFIN)
BTS70081EPZXUMA1 (INFIN)
BTS70402EPAXUMA1 (INFIN)
BTS70302EPAXUMA1 (INFIN)
BTS70202EPAXUMA1 (INFIN)
BTS70122EPAXUMA1 (INFIN)
BTS70102EPAXUMA1 (INFIN)